DE102014206592A1

DE102014206592A1 - Heizeinrichtung, Haushaltsgerät und Verfahren

Info

Publication number: DE102014206592A1
Application number: DE102014206592.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dinkel; Sebastian Matzinger; Klemens Roch; Philipp Schaller
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-10-08
Also published as: WO2015150188A1; EP3127397A1; EP3127397B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung (11) für ein Haushaltsgerät (1), mit einem Substrat (7–10), das eine einem zu erwärmenden Fluid (14) zugewandte erste Seite (12) und eine dem zu erwärmenden Fluid (14) abgewandte zweite Seite (13) aufweist, einem flächigen Heizleiter (15) und einer zwischen der zweiten Seite (13) des Substrats (7–10) und dem flächigen Heizleiter (15) angeordneten Isolationsschicht (17), die Poren (18) aufweist, die mit einer feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtung (20) versiegelt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung, ein Haushaltsgerät und ein Verfahren.
Haushaltsgeräte können zum Erwärmen eines Fluids wie Luft, Wrasen, Spülflotte oder Wasser eine Heizeinrichtung aufweisen. Die EP 1 672 958 A2 beschreibt eine derartige Heizeinrichtung in Form einer Rohrheizung. Die Rohrheizung umfasst ein metallisches Substrat, einen Heizleiter und eine zwischen dem Heizleiter und dem Substrat angeordnete, elektrisch isolierende Isolationsschicht. Um einen direkten Kontakt des zu erwärmenden Fluids mit dem Heizleiter zu verhindern, ist dieser mitsamt der Isolationsschicht verkapselt.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Heizeinrichtung zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird eine Heizeinrichtung für ein Haushaltsgerät mit einem Substrat, das eine einem zu erwärmenden Fluid zugewandte erste Seite und eine dem zu erwärmenden Fluid abgewandte zweite Seite aufweist, einem flächigen Heizleiter und einer zwischen der zweiten Seite des Substrats und dem flächigen Heizleiter angeordnete Isolationsschicht, die Poren aufweist, vorgeschlagen. Die Poren sind mit einer feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtung versiegelt.
Dadurch, dass die Poren mit der feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtung versiegelt sind, ist sichergestellt, dass die Isolationsschicht ihre elektrisch isolierende Eigenschaft auch bei einer hohen Luftfeuchtigkeit dauerhaft behält. Auf eine Verkapselung oder Beschichtung des Heizleiters kann verzichtet werden. Der Heizleiter ist daher vorzugsweise unverkapselt oder unbeschichtet. Die erste Seite des Substrats kann auch als Gebrauchsseite bezeichnet werden. Die zweite Seite des Substrats kann auch als Heizseite bezeichnet werden. Das Substrat kann eine Wand eines Aufnahmebereichs des Haushaltsgeräts sein. Das zu erwärmende Fluid kann Luft, Wrasen, Wasser oder Spülflotte sein. Das Substrat ist vorzugsweise metallisch. Beispielsweise kann das Substrat aus einem Stahlblech gefertigt sein.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Poren eine diese jeweils begrenzende Wandung auf, wobei die feuchtigkeitsundurchlässige Beschichtung auf der jeweiligen Wandung aufgebracht ist.
Die Isolationsschicht ist insbesondere porös. Das heißt, die Isolationsschicht weist eine Vielzahl Mikroporen auf. Die Poren können abgeschlossen oder miteinander verbunden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die feuchtigkeitsundurchlässige Beschichtung in einem Sol-Gel-Prozess auf die jeweilige Wandung der Hohlräume aufgebracht.
Unter einem „Sol-Gel-Prozess“ ist vorliegend ein Verfahren zur Herstellung nichtmetallischer anorganischer oder hybridpolymerer Materialien aus kolloidalen Dispersionen, den sogenannten Solen, zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Isolationsschicht eine Keramikschicht.
Die Isolationsschicht kann eine Aluminiumoxid-Schicht sein. Hierdurch werden besonders gute elektrische Isolationseigenschaften der Isolationsschicht erreicht. Ferner ist die Verwendung von Aluminiumoxid als Beschichtungsmaterial besonders kostengünstig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der flächige Heizleiter und/oder die Isolationsschicht in einem thermischen Spritzverfahren auf das Substrat aufgespritzt.
Beispielsweise können als thermische Spritzverfahren die folgenden Verfahren eingesetzt werden: Schmelzbadspritzen, Lichtbogenspritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen, Detonationsspritzen, Kaltgasspritzen und/oder Laserspritzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Isolationsschicht eine amorphe glasartige Schicht.
Hierdurch wird eine besonders gute und dauerhafte Versiegelung der Poren der Isolationsschicht erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Isolationsschicht eine Wasserglasschicht.
Vorzugsweise weist eine derartige Wasserglasschicht keine leitfähigkeitsfördernden Glaskomponenten wie Natrium, Kalzium oder dergleichen auf. Die Wasserglasschicht kann in einem Sol-Gel-Verfahren aufgebracht sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der flächige Heizleiter aus einem CrNi- und/oder einem FeCr-Stahl gefertigt.
Hierdurch wird eine hohe Korrosionsbeständigkeit des flächigen Heizleiters erzielt. Die Betriebszuverlässigkeit der Heizeinrichtung wird dadurch verbessert.
Weiterhin wird ein Haushaltsgerät mit einer derartigen Heizeinrichtung vorgeschlagen.
Das Haushaltsgerät kann eine Geschirrspülmaschine, eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner, ein Gargerät wie ein Backofen oder ein Dampfgarer, ein Wasserkocher, ein Boiler, ein Durchlauferhitzer oder dergleichen sein. Die Heizeinrichtung kann Teil des Haushaltsgeräts sein.
Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen einer Heizeinrichtung für ein Haushaltsgerät mit folgenden Schritten vorgeschlagen: Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; Aufbringen einer Poren aufweisenden Isolationsschicht auf die zweite Seite des Substrats; Aufbringen eines flächigen Heizleiters auf die Isolationsschicht; Versiegeln der Poren der Isolationsschicht mit einer feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtung; und Verbauen des Substrats samt der Isolationsschicht und dem Heizleiter derart, dass die erste Seite des Substrats einem zu erwärmenden Fluid zugewandt und die zweite Seite des Substrats von dem zu erwärmenden Fluid abgewandt ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird die feuchtigkeitsundurchlässige Beschichtung auf Wandungen der Poren der Isolationsschicht aufgebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die flüssigkeitsundurchlässige Beschichtung in einem Sol-Gel-Prozess aufgebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Isolationsschicht und/oder der flächige Heizleiter in einem thermischen Spritzverfahren aufgebracht.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Haushaltsgeräts;
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Heizeinrichtung des Haushaltsgeräts gemäß der 1;
3 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht der Heizeinrichtung gemäß der 2;
4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen der Heizeinrichtung gemäß der 2;
5 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht der Heizeinrichtung gemäß der 2; und
6 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht der Heizeinrichtung gemäß der 2.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Haushaltsgeräts 1. Das Haushaltsgerät 1 kann beispielsweise eine Geschirrspülmaschine, eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner, ein Gargerät wie ein Backofen oder ein Dampfgarer, ein Wasserkocher oder dergleichen sein. Das Haushaltsgerät 1 weist einen Aufnahmebereich 2 auf, der durch eine Tür 3 verschließbar ist. Der Aufnahmebereich 2 und die Tür 3 können eine Aufnahmekammer 4 des Haushaltsgeräts 1 bilden. Die Aufnahmekammer 4 kann beispielsweise eine Spülkammer oder ein Garraum des Haushaltsgeräts 1 sein. Der Aufnahmebereich 2 kann im Inneren eines Gehäuses des Haushaltsgeräts 1 angeordnet sein. Die Tür 3 ist in der 1 in ihrer geöffneten Stellung dargestellt. Durch Schwenken um eine an einem unteren Ende der Tür 3 vorgesehene Schwenkachse 5 kann die Tür 3 geschlossen oder geöffnet werden.
Der Aufnahmebereich 2 weist einen Boden 6, eine dem Boden 6 gegenüberliegend angeordnete Decke 7, eine der Tür 3 gegenüberliegend angeordnete Rückwand 8 und zwei einander gegenüberliegend angeordnete Seitenwände 9, 10 auf. Der Aufnahmebereich 2 ist insbesondere quaderförmig. Alternativ kann der Aufnahmebereich 2 beispielsweise kreiszylinderförmig sein. Der Aufnahmebereich 2 ist vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlblech, gefertigt.
Das Haushaltsgerät 1 weist weiterhin eine, insbesondere flächige, Heizeinrichtung 11 auf. Unter „flächig“ ist vorliegend zu verstehen, dass die Heizeinrichtung 11 eben und/oder plattenförmig ist. Die Heizeinrichtung 11 kann eine Dicke von wenigen Bruchteilen von Millimetern bis zu einigen Millimetern aufweisen. Die Heizeinrichtung 11 ist vorzugsweise außenseitig an dem Aufnahmebereich 2 vorgesehen. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung 11 den Boden 6, die Decke 7, die Rückwand 8 und die Seitenwände 9, 10 vollflächig bedecken. Alternativ kann die Heizeinrichtung den Boden 6, die Decke 7, die Rückwand 8 und die Seitenwände 9, 10 nur partiell bedecken. Ferner kann die Heizeinrichtung 11 auch an der Tür 3 vorgesehen sein.
Die 2 zeigt eine schematische Schnittansicht der Decke 7 mit der Heizeinrichtung 11. Die Decke 7 wird im Folgenden als Substrat bezeichnet. Das Substrat kann ferner den Boden 6, die Rückwand 8, die Seitenwände 9, 10 und/oder die Tür 3 umfassen.
Die Heizeinrichtung 11 weist das metallische Substrat 7 auf. Das Substrat 7 weist eine Gebrauchsseite 12 und eine der Gebrauchsseite 12 gegenüberliegend angeordnete Heizseite 13 auf. Die Gebrauchsseite 12 ist einem zu erwärmenden Fluid 14 zugewandt. Das Fluid kann Luft, Wrasen, Wasser oder Spülflotte sein. Die Gebrauchsseite 12 kann auch als erste Seite des Substrats 7 bezeichnet werden. Die Heizseite 13 ist dem zu erwärmenden Fluid 14 abgewandt. Die Heizseite 13 kann auch als zweite Seite des Substrats 7 bezeichnet werden.
Die Heizeinrichtung 11 weist weiterhin einen flächigen Heizleiter 15 auf. Der Heizleiter 15 ist auf der zweiten Seite 13 des Substrats 7 vorgesehen. Der Heizleiter 15 weist vorzugsweise eine Vielzahl Leiterbahnen 16 auf. Die Leiterbahnen 16 sind vorzugsweise miteinander verbunden und verlaufen mäanderförmig auf dem metallischen Substrat 7. Der Heizleiter 15 ist beispielsweise aus einem CrNi-Stahl und/oder einem FeCr-Stahl gefertigt. Zwischen dem flächigen Heizleiter 15 und der zweiten Seite 13 des Substrats 7 ist eine, insbesondere elektrisch isolierende, Isolationsschicht 17 angeordnet. Die Isolationsschicht 17 ist vorzugsweise eine in einem thermischen Spritzverfahren direkt auf das Substrat 7 aufgebrachte Keramikschicht. Beispielsweise ist die Isolationsschicht 17 aus Aluminiumoxid gefertigt.
Die 3 zeigt eine vergrößerte schematische Schnittansicht der Heizeinrichtung 11. Die Isolationsschicht 17 weist vorzugsweise eine Vielzahl Poren 18 auf, von denen in der 3 lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Insbesondere weist jede Pore 18 eine die jeweilige Pore 18 begrenzende Wandung 19 auf. Die Poren 18 sind mit einer feuchtigkeitsundurchlässigen, insbesondere wasserundurchlässigen, Beschichtung 20 versiegelt. Die feuchtigkeitsundurchlässige Beschichtung 20 ist vorzugsweise nur auf den Wandungen 19 der Poren 18 aufgebracht. Insbesondere ist die Beschichtung 20 eine amorphe glasartige Schicht. Die Beschichtung 20 kann eine Wasserglasschicht sein. Vorzugsweise weist eine derartige Wasserglasschicht keine leitfähigkeitsfördernden Glaskomponenten wie Natrium, Kalzium oder dergleichen auf. Vorzugsweise ist die Beschichtung in einem Sol-Gel-Prozess auf die Wandungen 19 aufgebracht.
Auf dem Heizleiter 15 ist vorzugsweise keine Beschichtung vorgesehen. Das heißt, der Heizleiter 15 ist nicht verkapselt und nicht beschichtet. Der Heizleiter 15 kann in einem thermischen Spritzverfahren auf die Isolationsschicht 17 aufgebracht sein.
Dadurch, dass die Poren 18 der Isolationsschicht 17 mit der feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtung 20 versiegelt sind, wird die Aufnahme von Feuchtigkeit in die poröse Isolationsschicht 17 verhindert. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Isolationsschicht 17 ihre elektrisch isolierende Eigenschaft auch bei einer hohen Luftfeuchtigkeit dauerhaft behält.
Im Folgenden wird anhand der 3 bis 6 ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Heizeinrichtung 11 beschrieben. Wie die 4 zeigt, wird in einem Schritt S1 das Substrat 7 mit der dem zu erwärmenden Fluid 14 zugewandten ersten Seite 12 und der dem zu erwärmenden Fluid 14 abgewandten zweiten Seite 13 bereitgestellt. In einem Schritt S2 wird die die Poren 18 aufweisende Isolationsschicht 17 auf die zweite Seite 13 des Substrats 7 aufgebracht. Die Isolationsschicht 17 wird in einem thermischen Spritzverfahren direkt auf das Substrat 7 aufgespritzt.
In einem Schritt S3 wird der flächige Heizleiter 15 in einem thermischen Spritzverfahren auf die Isolationsschicht 17 aufgebracht. Hierbei können die Leiterbahnen 16 des Heizleiters 15 beim Auftragen auf die Isolationsschicht 17 mit Hilfe einer Schablone ausgebildet werden. Alternativ können die Leiterbahnen 16 nach dem flächigen Auftragen des Heizleiters 15 mit Hilfe eines abtragenden Verfahrens ausgebildet werden. Die 5 zeigt in einer schematischen Schnittansicht das Substrat 7 mit der aufgespritzten porösen Isolationsschicht 17 und dem Heizleiter 15.
In einem Schritt S4 werden anschließend die Poren 18 der Isolationsschicht 17 mit der feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtung 20 versiegelt. Das Versiegeln der Poren kann alternativ vor dem Aufspritzen des Heizleiters 15 erfolgen. Wie die 6 in einer schematischen Schnittansicht zeigt, werden im Schritt S4 die Poren 18 mit einer Beschichtungsflüssigkeit 21 vorzugsweise vollständig gefüllt. Die Poren 18 werden mit der Beschichtungsflüssigkeit 21 infiltriert. Beispielsweise ist die Beschichtungsflüssigkeit 21 ein Sol. Unter einem „Sol“ ist vorliegend eine kolloidale Dispersion zu verstehen. Die Beschichtungsflüssigkeit 21 wird mit Hilfe von Kapillarkräften von der Isolationsschicht 17 aufgesogen. Anschließend wird die Heizeinrichtung 11 getempert. Wie die 3 zeigt, bildet sich hierdurch die amorphe glasartige feuchtigkeitsundurchlässige Beschichtung 20 auf den Wandungen 19 der Poren 18. In einem Schritt S5 wird das Substrat 7–10 samt der Isolationsschicht 17 und dem Heizleiter 15 derart verbaut, dass die erste Seite 12 des Substrats 7–10 dem zu erwärmenden Fluid 14 zugewandt und die zweite Seite 13 des Substrats 7–10 von dem zu erwärmenden Fluid 14 abgewandt ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Haushaltsgerät
2: Aufnahmebereich
3: Tür
4: Aufnahmekammer
5: Schwenkachse
6: Boden
7: Decke
8: Rückwand
9: Seitenwand
10: Seitenwand
11: Heizeinrichtung
12: erste Seite
13: zweite Seite
14: Fluid
15: Heizleiter
16: Leiterbahn
17: Isolationsschicht
18: Pore
19: Wandung
20: Beschichtung
21: Beschichtungsflüssigkeit
S1: Schritt
S2: Schritt
S3: Schritt
S4: Schritt
S5: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1672958 A2 [0002]

Claims

Heizeinrichtung (11) für ein Haushaltsgerät (1), mit einem Substrat (7–10), das eine einem zu erwärmenden Fluid (14) zugewandte erste Seite (12) und eine dem zu erwärmenden Fluid (14) abgewandte zweite Seite (13) aufweist, einem flächigen Heizleiter (15) und einer zwischen der zweiten Seite (13) des Substrats (7–10) und dem flächigen Heizleiter (15) angeordneten Isolationsschicht (17), die Poren (18) aufweist, die mit einer feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtung (20) versiegelt sind.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (18) eine diese jeweils begrenzende Wandung (19) aufweisen und dass die feuchtigkeitsundurchlässige Beschichtung (20) auf der jeweiligen Wandung (19) aufgebracht ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feuchtigkeitsundurchlässige Beschichtung (20) in einem Sol-Gel-Prozess auf die jeweilige Wandung (19) der Hohlräume (18) aufgebracht ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (17) eine Keramikschicht ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Heizleiter (15) und/oder die Isolationsschicht (17) in einem thermischen Spritzverfahren auf das Substrat (7–10) aufgespritzt sind.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (17) eine amorphe glasartige Schicht ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (17) eine Wasserglasschicht ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Heizleiter (15) aus einem CrNi- und/oder einem FeCr-Stahl gefertigt ist.
Haushaltsgerät (1) mit einer Heizeinrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1–8.
Verfahren zum Herstellen einer Heizeinrichtung (11) für ein Haushaltsgerät (1), mit folgenden Schritten: (S1) Bereitstellen eines Substrats (7–10) mit einer ersten Seite (12) und einer zweiten Seite (13); (S2) Aufbringen einer Poren (18) aufweisenden Isolationsschicht (17) auf die zweite Seite (13) des Substrats (7–10); (S3) Aufbringen eines flächigen Heizleiters (15) auf die Isolationsschicht (17); (S4) Versiegeln der Poren (18) der Isolationsschicht (17) mit einer feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtung (20); und (S5) Verbauen des Substrats (7–10) samt der Isolationsschicht (17) und dem Heizleiter (15) derart, dass die erste Seite (12) des Substrats (7–10) einem zu erwärmenden Fluid (14) zugewandt und die zweite Seite (13) des Substrats (7–10) von dem zu erwärmenden Fluid (14) abgewandt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die feuchtigkeitsundurchlässige Beschichtung (20) auf Wandungen (19) der Poren (18) der Isolationsschicht (17) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsundurchlässige Beschichtung (20) in einem Sol-Gel-Prozess aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (17) und/oder der flächige Heizleiter (15) in einem thermischen Spritzverfahren aufgebracht werden.